DE3429889A1 - Daempfungswellen-entzerrer - Google Patents

Description

Siemens Aktiengesellschaft ~ Unser Zeichen: Berlin und München \_ VPA §4 P 1 & O 1 DE

Dämpfungswellen-Entζerrer

Die Erfindung betrifft einen~Dämpfungswellen-Entzerrer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die selektiven Komponenten von Nachrichtenübertragungssystemen verursachen bekanntlich frequenzabhängige Dämpfungs- und Laufzeitverzerrungen, die durch entsprechende nachgeschaltete Entzerrer - fest abgestimmt oder veränderbar - wieder ausgeglichen werden müssen. Die nach dieser Entzerrung verbleibenden Restfehler weisen in der Regel ein typisches rippeiförmiges Verhalten nach Art einer Sinusfunktion auf, das jedoch trotz einer meist vergleichsweise kleinen Amplitude oft nicht toleriert werden kann. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, einen Dämpfungswellen-Entzerrer einzusetzen, der eine konstante oder auch frequenzabhängige Rippelperiode und eine konstante oder auch frequenzabhängige Rippelamplitude von einigen Zehnteln dB liefert und der darüber hinaus die Möglichkeit bietet, mittels einfacher Maßnahmen eine stufige oder stetige Veränderbarkeit aller Rippelamplituden bei insgesamt ausreichend hoher Reflexionsdämpfung herbeizuführen.

Bekannte Dämpfungsentzerrer sind z.B. in dem Buch von R." Feldkeller "Einführung in die Vierpoltheorie", Hirzel Verlag Stuttgart, 1976, Seiten 132 bis 138 angegeben.

Diese Schaltungen sind dann wellenwiderstandsrichtig, wenn sie als symmetrische Brückenschaltungen in Form sogasnnter überbrückter T-GIieder mit 2 zueinander bezüglieh des Abschlußwiderstandes dualen Impedanzzweigen aufgebaut sind.

Hka 1 Or / 8.8.1984

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. VPA 84 P 1 60 IDE

-^' 5. Entzerrer nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g -e—k—e—n- nzeichnet, daß der unmittelbar zur durchgehenden Leitung geführte Widerstand (r₂) oder der zweite Widerstand (r^) der Widerstandsserienschaltung den Wert Unendlich annimmt-(Fig. _ 4a,b,c,d).

6. Entzerrer nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Serie aufeinanderfolgenden Widerstände (r,, r^) regelbar sind (Fig. 5a).

- 7. Entzerrer nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz (x) durch Zuschalten von Widerständen zu einer Impedanz (z) ergänzt ist, derart, daß bei den Frequenzen der Dämpfungsmaxima gleich oder verschieden große Realteilminima, bzw. bei den Frequenzen der Dämpfungsminima gleich oder verschieden große Realteilmaxima der Impedanz (z) auftreten (Fig. 6a).

8. Entzerrer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Impedanz (z) aus der Parallelschaltung von Serienschwingkreisen besteht, denen jeweils ein ohmscher Widerstand in Serie vorgeschaltet ist (Fig. 6b).

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-*- VPA ^ ρ 1 6 0 1 DE

_.---" Wegen, der Dualitätsforderung ist der Bauteile- und Abgleichauf wand derartiger--Entzerrer groß und damit kostenaufwendig, außerdem ergeben sich für die Schaltelemente der Dualzweige sehr unterschiedliche und damit schlecht zu realisierende Werte. Im-'Fälle einer geforderten stufigen oder stetigen Veränderbarkeit der Rippelamplituderi müssen die variablen—Schaltelemente auch im dualen Impedanzzweig vorgesehen werden, wodurch die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten noch verstärkt in Erscheinung treten. - .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaltungen zur Realisierung von Dämpfungswellen-Entzerrern anzugeben, bei denen die vorstehend erwähnten Forderungen mit beliebig guter Genauigkeit ebenfalls erfüllbar sind, die jedoch einen erheblich verringerten BauteiIeaufwand haben, weil sog. duale Zweige nicht mehr realisiert werden müssen.

Srfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.

Es zeigen in der Zeichnung

Fig. 1 das typische 3etriebsdämpfungsverhalten eines

Dämpfungswellen-Entzerrers, wobei die Betriebsdämpfung in db in Abhängigkeit von der Frequenz von 0 bis 280 MHz aufgezeichnet ist und die Grunddämpfung a_Q ebenfalls erkennbar ist.

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-ζ.

- ■ - Ir- VPA $4 ρ 1 δ O 1 DE

Fig. 2a zeigt ein an sich bekanntes Dämpfungs-T-Glied mit den Widerständen Γγ in den Längszweigen, dem Widerstand r_Q im Querzweig und den Wellenwiderständen r = 1 als Eingangs- und Ausgangswellenwiderstand,

Fig. 2b ein an sich bekanntes Dämpfungs-ix-Glied in dessen längszweig der Widerstand Γγ geschaltet ist und in dessen beiden Querzweigen der Widerstand Tq liegt, der Eingangs- und Ausgangswellenwi- _; derstand hat wiederum den Wert 1; alle Wider

standsangaben sind als normierte Werte zu betrachten,

Fig. 3a eine Schaltung eines Dämpfungswellen-Entzerrers gemäß der Erfindung mit der parallel zum Querwiderstand r₂ vorgesehenen Serienschaltung aus

den Widerständen r, und Tr und einer Reaktanz jx parallel zu r^,

Fig. 3b eine erste Möglichkeit zur Ausbildung der Reaktanz χ als Parallelschaltung von Serienschwingkreisen, deren Resonanzfrequenzen die frequenz

mäßige Lage der Dämpfungsmaxima des Entzerrers bestimmen,

Fig. 3c die Ausbildung der Reaktanz jx als Serienschaltung von Parallelschwingkreisen, deren Resonanzfrequenzen die frequenzmäßige Lage der

Dämpfungsminima des Entzerrers bestimmen,

Fig. 4a eine mögliche Ausgestaltung der Schaltung des Dämpfungswellenentzerrers, bei der der durchgehende Parallelwiderstand r₂ nicht mehr geschaltet werden muß,

Fig. 4b eine weitere' mögliche Schaltungsausgestaltung bei der der in Serie zu τ-, liegende Widerstand r^ nicht mehr geschaltet werden muß, für die Fig. 4a und 4b treten bei den Resonanzfrequenzen o-)jjder Schwingkreise Dämpfungsmaxima auf,

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Fig. '4c eine Schaltung ohne den durchgehenden Parallel-

widerstand ro mit der Serienschaltung von Parallelresonanzkreisen als Reaktanz,

Fig. 4d eine Schaltung, bei der der zweite Widerstand Γλ nicht mehr geschaltet werden muß und die"

"--- Reaktanz aus der Serienschaltung von Parallelschwingkreisen besteht, die unmittelbar dem Widerstand r, nachgeschaltet sind, in den Fig. hc und 4d bestimmen die Resonanzfrequenzen "laxier ~ Parallelresonanzkreise die Lage Dämpfungsminima, Fig. 5a einen Dämpfungswellen-Entzerrer mit veränderbarer, einstellbarer Dämpfungsamplitude, --'" Fig. 5b Dämpfungskurven eines einstellbaren Entzerrers

nach Fig. 5a, wobei Grunddämpfung aQ und DämpfungsSchwankung^α unmittelbar in der Zeich

nung angegeben sind,

Fig. 6a eine gegenüber Fig. 3a erweiterte Schaltung, bei der das Wellenverhalten der Dämpfung mit unterschiedlichen Amplituden durch die Verwendung einer Impedanz ζ an Stelle einer Reaktanz

j χ realisiert wird,

Fig. 6b eine mögliche Ausgestaltung der Schaltung von Fig. 6a mit Serienresonanzkreisen unterschiedlicher Resonanzfrequenzen v^ bisj^j·, denen jeweils ein ohmscher Widerstand vorgeschaltet ist.

und die parallel zum Widerstand r. liegen.

Bei den im folgenden beschriebenen Schaltungen werden für die 3auteilewerte normierte Werte angegeben, z.B. eine Widerstandsnormierung auf einen ein- und ausgangsseitigen Abschlußwiderstand, so daß in der Schaltung dann beispielsweise der Wellenwiderstand den Wert 1 hat. Ebenso wird auch eine Frequenznormierung in üblicher Weise durch die Einführung einer Bezugsfrequenz vorgenommen, weshalb die normierten Frequenzen>y angegeben sind.

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S^i VPA ^{84 p} 1 60 1 DE

>--- Wie in der Figurenkurzbeschreibung schon erwähnt, sind in Fig. 1 Kurven dargestellt, die die Forderungen verdeutlichen, die an Dämpfungswellenentzerrer gestellt werden. Im Bereich um eine Grunddämpfung a_Q schwankt die zulässige Dämpfung zwischen einem- Wert sl und einem Wert a . . Die maximalen Dämpfungsabweichungen -^a und -/\a sind ebenfalls zu_£rkennen.

In Fig. 2a und in Fig. 2b sind Dämpfungsglieder konventioneller Art in T- bzw. in π-Form dargestellt. Der Singangswellenwiderstand bzw. der Ausgangswellenwiderstand sind wegen der Widerstandsiormierung mit r = 1 kenntlich gemacht. Die Längswiderstände des T- bzw. π-Gliedes sind mit r^ bezeichnet, die Querwiderstände mit Tq. Srforderlichenfalls lassen sich bekanntlich T- und π-Gliedineinander umrechnen, Maßnahmen, die für sich bekannt sind und auf die hier nicht im einzelnen eingegangen werden muß.

In Fig. 3a ist symbolisch eine Spannungsquelle zu erkennen, deren Innenwiderstand den normierten Wert r = 1 hat. Ebenso hat der Abschlußwiderstand den normierten Viert r =1 . Die Längswiderstände des Dämpfungswellenentzerrers sind auch hier mit r, bezeichnet. Im Querzweig ist ein ohmscher Widerstand r~ zu erkennen, dem die Serienschaltung aus den Widerständen r, und r^ parallel geschaltet ist. Parallel zum Widerstand r^ liegt ein Blindwiderstand j . Diese Reaktanz j ist so bemessen, daß sie je bei vorschreibbaren Frequenzen-rVder Dämpfungswellenmaxima Nullstellen aufweist, oder daß/bei vorschreibbaren Frequenzen Dämpfungswellenminima Pole aufweist. Als praktische Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 3b und 3c Möglichkeiten für die Schaltungsrealisierung und für die Bemessung gezeigt. In Fig. 3b wird die Reaktanz durch die Parallelschaltung von η Serienresonanzkreisen gebildet, die auf die normierten Frequenzen "n., -p₉» V^ ·· ·Ό-^abgestimmt sind.

^1' ^2' 3?3 '"^Tf

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• - -fr - . VPA 84 P 1 6 O 1 DE

Gemäß-Fig. 3c besteht die Reaktanz j aus der Serienschaltung von η ParäTXeTresonanzkreisen, die auf die Parallelresonanzfrequenzen 9^₁, Tj2 ··· ^abgestimmt sind.

' Über die konventionelle Bemessung des T-Dämpfungsgliedes - (Fig. 2a) ; ■

r = , ao = Konstantdämpfung in Np (1)

^L e^a° + 1

. fÜ ■ (2)

läßt sich der Querwiderstand r_Q für kleine Dämpfungsam plituden/Na als Funktion der Betriebsdämpfung a_B = a +/\a mit dem im folgenden als konstant angenommenen Längswiderstand Γτ zu

_{n +} r ,2

^{r (a)} ""Τ"!

berechnen. Unter Zugrundelegung der in Fig. 3a dargestell-' ten Schaltung treten bei den Nullstellen^ der Reaktanz jx Dämpfungsmaxima (a -fAa) auf. Diese Feststellungen führen unter Benutzung von Gleichung (3) zu den Querwiderständen

r, , r, ■ _Λ (1 + r )^{2 r}Qmin - ~— 2 _a(a_o

^r2 ^{T r}3

•^(r 3 ⁺ V _ J_ ^{(1 + r}L⁾ (5)

3D ^r2 3 4 l>

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-Ά. ' ■ ■

-7 - VPA 84 P 1 S O \ DE

und erlauben nach der Wahl von

2 ^>T e^VGO 7- ^Δα; -(I + r_L)
die Dimensionierung der Widerstände r, und Γλ

_g ^r2 ' ^rQmin

^r2 ~ ^rQmin

^r2 ' ^rQmax _ "

^r4 =— ^r3

^r2 ~ ^rQmax -

Sin besonderer Vorteil der Bemessung gemäß Fig. 3a liegt in der Möglichkeit, das von r- abhängige Widerstandsniveau der Reaktanz jx durch die Wahl von r₂ in den Bereich gut realisierbarer Bauelementwerte zu legen. In Anwendungsfällen, in denen ein möglichst hohes Widerstandsniveau für die Reaktanz jx erstrebenswert ist, kann r^ unendlich groß werden und damit als geschaltetes Element ganz entfallen. Die Dimensionierungsvorschriften für die Schaltung vereinfachen sich dann zu

, _J_ ^{(1 +r}L⁾² (9)

³ 2 _e(ao + 4.a) _ ₍₁

_r
⁴ "

(10)

⁴ " ² e^(ao - ^^a) - (1 + r_T)

Xj

Xj

In Fig. 1 ist für diesen Fall ein Anwendungsbeispiel mit folgenden Kenndaten dargestellt (Bezugswiderstand 50 Ω):

ο Grunddämpfung a = 2 dB

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- ο 3 sinusförmige Dämpfungswellen mit der Amplitude a = 0,15 dB uncTcter Frequenzperiode f = 27,5 MHz im Frequenzbereich f = 96,25 MHz ... 179,75 MHz.

Zur Realisierung der vier Dämpfungsmaxima enthält die ge- -- maß Fig. 4a realisierte Schaltung eine aus vier Serienschwingkreisen bestehende Reaktanz. Die Bemessung der Widerstände ergibt nach (1), (9), (10):

R_L = 5,731 Ω, R₃ = 186,8 Ω, R^ = 66,19 Q.

In den Fig. 4a, 4b, 4c und 4d sind Möglichkeiten gezeigt, .--' bei denen einer der Widerstände r₂, oder*rA den Wert unendlich annehmen kann. So wird in Fig. 4a der Widerstand r₂ nicht mehr geschaltet. In Fig. 4b wird der Widerstand Vr nicht mehr geschaltet, so daß dort dem Widerstand r^ die Parallelschaltung aus η Serienresonanzkreisen mit den Resonanzfrequenzen T^ bis ·Γ)_η in Serie nachgeschaltet ist. Analog zu Fig. 4a wird auch in Fig. 4c der Widerstand r^ nicht mehr geschaltet. Die Reaktanz jx besteht hier aus der Serienschaltung von η Parallelresonanzkreisen, die zum Widerstand Tr parallel geschaltet sind. In der Schaltung von Fig. 4d ist die gleiche Serienschaltung von Parallelresonanzkreisen zu erkennen, jedoch ist der Widerstand Γρ geschaltet und der Widerstand Γλ entfällt, so daß die Parallelresonanzkreise dem Widerstand v-, in Serie nachgeschaltet sind. Die Resonanzfrequenzen qrj. bis ηη sind ebenfalls zu erkennen.

Beim Entwurf von Filterschaltungen kann bekanntlich der Fall auftreten, daß Resonanzkreise, also Serienresonanzkreise oder auch Parallelresonanzkreise, zu einer Induktivität bzw. Kapazität entarten. Solche Schaltungsvarianten sind bei den hier beschriebenen Schaltungen durchaus zulässig und möglich.

Die vorstehenden Überlegungen gelten, entsprechend auch für ein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5a, in dem der Widerstand r~ nicht geschaltet ist. Jedoch sind die Widerstände τ-? und r^ variabel, so daß eine Veränderbarkeit der DämpfungswellenamplitudeAa erreicht wird. Die stufig oder stetig regelbaren Einstellmöglichkeiten für die Widerstände r_g_und_ r^ sind in Fig. 5a erkennbar. Die Dimensionierung der letzteren entsprechend der gewünschten WellenamplitudeΔa erfolgt jeweils nach den durch die Gleichungen (9) und (10) gegebenen Vorschriften. Die Frequenzen der Dämpfungsminima und Dämpfungsmaxima ändern sich hierbei nicht. Zur Verdeutlichung wird das in Fig. 1 angeführte Beispiel (Aa = 0,15 dB) um Dämpfungskurven mit "' Aa = 0,1 dB und/^a = 0,2 dB Welligkeit gemäß Fig. 5b erweitert. Die hierführ erforderlichen Widerstandswertepaare sind R, = 195,5 Ω; R^ = 43,63 Ω und R₅ = 178,9 2; R₄ = 89,69 Ω.

In der Schaltung von Fig. 6a ist die Reaktanz jx durch eine Impedanz ζ = Z₃, + jz^ ersetzt. In der Schaltung von Fig. 6b ist der Widerstand r₂ nicht mehr geschaltet, weil er den Wert unendlich annimmt. Die dem Widerstand r^ parallel geschaltete Impedanz besteht aus η Serienresonanzkreisen mit den Resonanzfrequenz^;, bis op (/^= 1 ... n). In Serie zu jedem Serienschwingkreis ist jeweils ein ohmscher Widerstand geschaltet.

Die Impedanz ζ ist so zu bemessen (Fig. 6a), daß bei den Frequenzen der Dämpfungsmaxima gleich oder verschieden große Realteilminima, bzw. bei den Frequenzen der Dämpfungsminima gleich oder verschieden große Realteilmaxima auftreten. Auf diese Weise ist eine individuelle Beeinflussung der einzelnen Dämpfungswellenamplituden möglich. Fig. ob zeigt eine in diesem Sinne orientierte Schaltung, bei der die Serienschwingkreise der Reaktanz nach ?ig. 4a jeweils um einen geeignet bemessenen Widerstand ergänzt wurden.

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■ . - 41. '

- το - . VPA 84 P 1 6 O 1 OE

- Weitere Lösungsvarianten für das einleitend angegebene Problem ergeben srch^dadurch, daß die im Querzweig des Dämpfungs-T-Gliedes getroffenen Maßnahmen sinngemäß auf den Längszweig des Dämpfungs-n-Gliedes gemäß Fig. 2 übertragen werden. - -"^

8 Patentansprüche
β Figuren

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Claims (4)

- ι/- VPA 84 P 1 6 O 1DE * Patentansprüche

1. Dämpfungswellen-Entzerrer, der einen nahezu konstanten Dämpfungsverlauf a_Q über der Frequenz aufweist und der in vorgebbaren Frequenzbereichen in eine sinusähnliche Funktion mit vorschreibbarer DämpfungsamplitudeÄ.a und vorschreibbarer Frequenzperiode übergeht, der aus einem wellenwiderstandsrichtigen Dämpfungsglied in T-Form besteht, das Widerstände (r_T) in den Längszweigen und einen Querwiderstand (r_Q) im Querzweig aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Quer- widerstand (r_Q) aus der Parallelschaltung eines Widerstandes (rp) besteht und der Serienschaltung zweier weiterer Widerstände (r-, r^), von denen der zweite Widerstand (τ* ) auf die durchgehende Verbindungsleitung des T-Gliedes führt und weiterhin parallel zu diesem Widerstand (r^) eine Reaktanz (x) geschaltet ist, die bei vorschreibbaren Frequenzen^?= 1...n) der Dämpfungswellenmaxima Nullstellen aufweist (Fig. 3b), oder die bei vorschreibbaren Frequenzen^)(χ.= 1...n) der Dämpfungswellenminima Pole aufweist (Fig. 3c).

2. Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Reaktanz (x) aus der Parallelschaltung von n, auf die Nullstellenfrequenzen 6<ip) abgestimmten Serienschwingkreisen besteht (Fig. 3b).

3; Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Reaktanz (x) aus der Serienschaltung von n, auf die Nullstellenfrequenzen (inü) abgestimmten Parallel schwingkreis en besteht (Fig. 3c),

4. Entzerrer nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Schwingkreise nur als eine Induktivität oder nur als eine Kapazität realisiert ist. ——τ